作為新能源汽車、智能電網(wǎng)等應用領域中不可或缺的核心元器件之一,IGBT模塊的運行安全性必須受到重視。因為IGBT工作時產(chǎn)生的損耗會轉(zhuǎn)化成熱能,若該過程中出現(xiàn)過熱現(xiàn)象,不僅會導致IGBT性能下降,甚至可能引發(fā)故障或永久性損壞。這時,便可以利用NTC熱敏電阻電阻值隨溫度變化呈指數(shù)下降的特性,實時監(jiān)測IGBT模塊的工作溫度,有效避免模塊過熱。
NTC熱敏電阻一般被安裝于IGBT模塊的陶瓷基板上,通過端子與溫度監(jiān)測模塊連接,實現(xiàn)IGBT芯片的實時測溫。具體地,當IGBT開始運行后,NTC隨即開始采集IGBT芯片的溫度信息;隨后,與溫度值相匹配的NTC電阻值會通過分壓電路轉(zhuǎn)化為電壓,并通過運算放大器處理;獲得的數(shù)據(jù)會被傳送至集成電路芯片進行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(A/D,Analog to Digital),爾后輸出為數(shù)字信號;單片機會根據(jù)IGBT模塊的實時結(jié)溫,與預設的溫度閾值進行比較,當結(jié)溫大于或等于閾值時,便會發(fā)出警報提示用戶,以迅速采取有效的應對措施,防止因溫度過高而導致的IGBT故障或損壞。由此可得,NTC熱敏電阻在IGBT模塊中起到以下作用:
一、過溫保護:當熱敏電阻監(jiān)測到IGBT溫度異常時,NTC便能通過其它元器件的協(xié)助觸發(fā)保護機制,如降低功率輸出、切斷電源等,有效保護IGBT;
二、實時監(jiān)測與調(diào)整:基于NTC熱敏電阻的溫度監(jiān)測數(shù)據(jù),用戶能及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患,預防因溫度異常導致的模塊擊穿;此外,還能根據(jù)實時溫度數(shù)據(jù),結(jié)合IGBT工作溫度和負載情況,調(diào)整開關頻率與占空比,有效降低功耗。
由于IGBT模塊的內(nèi)部工作溫度最高可達150℃,因此在模塊設計方案中通常采用廣東愛晟電子科技有限公司生產(chǎn)的GT-T系列貼片玻封NTC熱敏電阻。這款NTC為玻璃封裝,在高溫環(huán)境亦能保持穩(wěn)定工作,提高IGBT的運行可靠性和安全性。相較于常規(guī)的片式NTC,貼片玻封熱敏電阻的靈敏度更高,在溫度監(jiān)測過程中的響應速度也更快。而且貼片玻封NTC熱敏電阻為無引線結(jié)構(gòu),便于IGBT模塊內(nèi)部集成,安裝空間占比小。